西門子S7-200 PLC自帶DI和DO通道，對數(shù)字量信號控制極為方便，對模擬量信號處理效果相對較差。如有大量模擬量信號送入PLC，硬件成本將大幅增加。昌暉儀表在本文分享一種通過帶通訊的巡檢儀采集模擬量信號，借助MODUBUS通訊傳輸數(shù)據(jù)到PLC的方法，本方法既可降低檢修難度和布線強度，還可降低硬件投資且保持數(shù)據(jù)傳輸?shù)母叻€(wěn)定性和可靠性。
為更清晰的向大家展示具體操作流程和步驟，昌暉儀表制造有限公司結合某石灰窯的3套窯爐自動化控制系統(tǒng)案例做介紹。本案例涉及到傳輸設備、破碎設備、均料器、篩選設備，變頻控制鼓風機設備。其中，現(xiàn)場每套窯爐均有13路溫度信號需要采集，采用了3臺昌暉16路巡檢儀YR-GFM809-0000-08-NN-N-T來解決此問題，如圖1所示。
圖1 石灰窯自動化控制系統(tǒng)運行監(jiān)控畫面
自控系統(tǒng)控制結構
該項目控制部分用的是西門子S7-200系列CPU 224XPCNREL02.02，通過網(wǎng)線實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊硬件連接。數(shù)字量DI64點，DO32點；模擬量AI3點(主要是風量監(jiān)測)，39路溫度信號通過16路巡檢儀YR-GFM809-0000-08-NN-N-T采集到CPU。程序結構采用調(diào)用子程序的方式展開。子程序調(diào)用示例如圖2所示。
圖2 STEP7-MicroWIN程序組態(tài)
上位結構
采集的數(shù)據(jù)通過OPC服務器與上位通訊，其中的接口軟件采用的是KEPServerV4.0，上位軟件變量管理結構如圖3所示。
圖3 上位軟件變量管理結構
程序設計
①巡檢儀介紹
巡檢儀通訊協(xié)議采用標準Modbus協(xié)議，所用的傳輸模式為RTU模式。巡檢儀采用先進的微電腦技術及芯片，性能可靠，抗干擾能力強，與各類傳感器、變送器配合使用，可對多路溫度、壓力、液位、流量、重量等工業(yè)過程參數(shù)進行巡回檢測、報警控制、變送輸出、數(shù)據(jù)采集及通訊，常有八路巡檢儀和十六路巡檢儀之分。通訊協(xié)議設計保證了單片機與PLC之間的無誤碼傳輸，使儀表的參數(shù)設定和修改更加簡單。硬件設計保證了輸入電路測量精度，軟件設計保證了A/D轉(zhuǎn)換電路測量精度。通訊口設置如下：通訊方式異步串行通訊接口(RS-485)，波特率采用9600bps。字節(jié)數(shù)據(jù)格式為：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗。寄存器地址根據(jù)說明書給出的表格對應即可。
②程序結構
由于上位機與PLC距離較遠約100m，采用PPI通訊最遠保證距離為50m，所以采用以太網(wǎng)通訊。以太網(wǎng)通訊配置步驟如下：在向?qū)?以太網(wǎng)中建立新的配置，選擇CP243-1（6GK7243-1EX00-0XE0），定義IP地址為192.168.27.2，其中，注意為配置分配存儲區(qū)，模塊的配置塊要求24個字節(jié)的V存儲區(qū)。根據(jù)程序員選項，本例中配置的總計大小為159個字節(jié)，選擇區(qū)域為VB379至VB537，如圖4所示。
圖4 以太網(wǎng)通訊組態(tài)結構
設置CP243-1所占用的輸出字節(jié)地址，此地址根據(jù)計算CP243-1前面的I/O所占用的Q地址字節(jié)來決定。本例中CP243-1安裝在緊挨CPU的0號槽，其前面輸出就占用了QB0和QB1兩個字節(jié)，CP243-1的地址按順序排，即設為QB2。CP243-1模塊占用一個QB輸出字節(jié)。完成以太網(wǎng)向?qū)渲煤螅枰诔绦蛑姓{(diào)用以太網(wǎng)向?qū)傻腅THX_CTRL，并將項目程序下載后，將PLC斷電重新上電使得配置生效。本系統(tǒng)巡檢儀與S7-200的通訊通過Mi-cro/WINMBUS指令實現(xiàn)的。欲在S7-200程序中使用Modbus主設備指令，首先插入MBUS_CTRL指令，調(diào)用指令后，初始化完成。在灰窯溫度檢測系統(tǒng)中，Modbus主設備通訊速率設置為9600Bps，無奇偶校驗。從站允許應答時間為1000ms。程序如圖5所示。
圖5初始化調(diào)用MBUS_CTRL指令
其中，EN-使能：必須保證每一掃描周期都被使能；Mode-模式：常為1，使能Modbus協(xié)議功能；Baud-波特率：設置要與從站對應，本例設為9600；Panty-校驗：0為無校驗；Timeout-超時：主站等待從站相應時間，這個值必須足夠大以保證從站有時間響應；Done-完成位：初始化完成，自動置位，可用于啟動MBUS_MSG程序；Er-ror-初始化錯誤。初始化完成后，啟動讀寫指令V700.1。程序如圖6所示。
圖6置位V700.1啟動循環(huán)執(zhí)行指令
讀取從站數(shù)據(jù)調(diào)用MBUS_MSG指令，程序如圖7所示。
圖7 循環(huán)調(diào)用MBUS_MSG指令
V700.1置位讀取從站數(shù)據(jù)，讀取保持寄存器40144起始的13個數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)格式寫入&VB1000，如40144為32位浮點數(shù)，則保存在VB1000、VB1001、VB1002、VB1003中，依次類推，讀取完成V702.1置位，復位讀取從站保持寄存器V700.1、V702.3。
EN-使能：同一時刻只能有一個讀寫操作，建議每一個讀寫功能都用設一個MBUS_MSG指令的Done完成位來激活，以保證所有讀寫指令的循環(huán)進行；First-讀寫請求位，每一個新的讀寫操作必須使用脈沖觸發(fā)；Slave-從站地址，一般可選范圍為1-247；RW-0為讀操作，1為寫操作，開關量輸出和保持寄存器支持讀和寫操作，開關量輸入僅支持讀功能；Addr-讀寫從站的數(shù)據(jù)地址，00001-09999是開關量輸出，10001-19999是開關量輸入，30001-39999是模擬量輸入，40001～49999是保持寄存器；DataPtr-數(shù)據(jù)指針，如果是讀指令，讀回來的數(shù)據(jù)放到此數(shù)據(jù)區(qū)中，如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到此數(shù)據(jù)區(qū)中；Done-完成位；Error如果程序執(zhí)行有誤，將錯誤信息在此顯示。
技術問題和優(yōu)點
①系統(tǒng)建立過程中遇到的問題
a、WINCC安裝過程中提示“SQLServerNativeClient(9.00.2208.00)找不到”，問題原因在于缺少文件，在WINCC安裝包文件中找到sql-ncli.msi安裝完成，解決問題。
b、在程序調(diào)用庫文件“MBUS_CTRL，MBUS_MSG”的時候，設置參數(shù)應該重點注意通訊速率，儀表地址，儀表讀取或?qū)懭氲刂罚琍LC分配的存儲地址。例如作主站的S7-200的MBUS_MSG指令向Modbus從站發(fā)送請求消息，和處理從站返回的響應消息。要讀取從站的I0.0開始的地址區(qū)時，它的輸入?yún)?shù)Addr（Modbus地址）為10001。S7-200從站保持寄存器的V區(qū)起始地址為VB200時，要讀取從站VW200開始的V存儲區(qū)時，保持寄存器的地址是40001。
c、執(zhí)行程序MBUS-MSG程序過程中，Error錯誤指示為：3=接收超時（從站無響應），原因是起始位設置錯誤，導致程序不能順利循環(huán)。
d、MicroWin版本低，程序安裝過程中沒有庫文件，單獨安裝庫文件后，方能使用。
②3.2系統(tǒng)優(yōu)點采用標準的Modbus協(xié)議，傳輸模式為RTU模式，巡檢儀與S7-200通過MODBUS通訊傳輸數(shù)據(jù)。能節(jié)省硬件成本，減少敷線強度，降低檢修難度。而且此程序設計方法可推廣到PLC與變頻器的通訊控制方式上，可大量節(jié)省AI模塊的應用，降低工程成本。
這種西門子S7-200與昌暉巡檢儀的通訊程序設計方法。基于WINCC組態(tài)軟件來監(jiān)控灰窯設備的運行，在設計過程中運用PLC與智能儀表通訊，實現(xiàn)了對多了溫度信號的讀取。經(jīng)過實踐證明，程序設計合理，程序庫文件調(diào)用簡單，簡便易行、可操作性強、成本低廉，具有很強的實用價值。
作者：河北煤炭科學研究院 李會寧
